Wageningen, The Netherlands
August 24, 2016
In nature, plants cannot grow without soil biota like fungi and bacteria. Successful plants are able to harness positive, growth-promoting soil organisms, while avoiding the negative effects of others. Which plant traits can predict these interactions, or the success of a plant? Researchers and plant breeders like to know. In a paper in the Journal of Ecology of August 24 a team from the Netherlands Institute of Ecology (NIOO-KNAW), Wageningen University and the Universität Leipzig tested exactly this and found thick roots to be a leading trait.
To test the subterranean interactions of plant roots with their soil organisms, also named ‘plant-soil feedback’, the research team tested the responses of 48 different grassland species to their own soil biota and to control soil. The plant selection comprised grasses, legumes, tall and short herbs. In addition, the authors determined a number of aboveground and belowground plant traits, such as the thickness of roots, and related these traits to plant-soil feedback.
Thick roots help
The international research group found that overall the plant species grew less in soil with their own soil biota. However, when analysed further, it appeared that grasses and small herbs suffered, whereas tall herbs benefitted from growing with their own soil biota. Interestingly, the thinner the plant roots of a species the more the plants suffered from negative soil biota. The researchers revealed that it was not root thickness per se explaining the net outcome of plant-soil feedback interactions, but rather the combination of thickness and root colonisation by mycorrhizal fungi. These are fungi that help plants in taking up nutrients and water, while protecting them against pathogens. Plant species with more mycorrhizal fungi in their roots also had more benefits from soil biota in general.
Predicting benefits
With this knowledge on root thickness and mycorrhizal colonisation researchers and crop breeders can predict which plant species may benefit, and which may suffer from soil biota. This will be useful input for future research. For example, to understand how plant diversity loss influences composition and productivity of natural vegetation.
Full bibliographic information
Plant-soil feedbacks: role of plant functional group and plant traits. Roeland Cortois, Thomas Schröder-Georgi, Alexandra Weigelt, Wim H. van der Putten, Gerlinde B. De Deyn. Journal of Ecology. August, 24, 2016. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/1365-2745.12643/full
Grond van soortenrijke plantengemeenschappen beste voor elke soort
Voor een voorspoedige groei creëren planten een netwerk van nuttige bodemorganismen zoals schimmels en bacteriën rond hun wortelstelsel. Toch blijken ook planten die hun eigen goede organismen huisvesten nog beter te groeien in grond die bodemorganismen herbergt van vele verschillende plantensoorten. Dat toont een onderzoeksteam aan van het Nederlands Instituut voor Ecologie (NIOO-KNAW), Wageningen University, en de Universität Leipzig in een uitgebreid experiment. In de studie, gepubliceerd in Journal of Ecology, identificeren zij de succesfactoren voor een gezond plantenleven.
Planten in de volle grond ontkomen niet aan interacties met het bodemleven; succesvolle planten maken gebruik van bodemorganismen die hun plantengroei bevorderen en vermijden de schadelijke organismen. Maar hoe is te voorspellen of een plant zijn bodemleven beter of slechter maakt voor zichzelf? En hebben planten baat bij plantendiversiteit?
Groeikracht
Om die vragen te beantwoorden gebruikten de onderzoekers 48 plantensoorten waaronder verschillende soorten grassen, stikstofbindende planten en grote en kleine kruiden. Zij testten de groeikracht van deze soorten uit op verschillende grondsoorten. Grond waarop slechts de eigen plantensoort had gegroeid en zo een soorts-eigen gemeenschap van bodemorganismen had geselecteerd. De groeikracht werd daarnaast met dezelfde plantensoorten uitgetest op grond die eerder was doorworteld door de 48 verschillende plantensoorten en dus een zeer diverse gemeenschap aan bodemorganismen had gecreëerd. De groei op deze twee grondsoorten vergeleek het onderzoeksteam met de groei van de planten op steriele grond van verder dezelfde samenstelling.
Eigen plantsoorten groeiden beter
Het internationale onderzoeksteam vond dat veel plantensoorten het slechtste groeiden op hun eigen grond, terwijl andere plantensoorten juist beter groeiden in hun eigen grond in vergelijking met gesteriliseerde grond. Echter zowel de soorten die het slecht deden als de soorten die het goed deden op hun eigen grond groeiden alle nog beter op de grond met nalatenschap van alle plantensoorten samen.
Voorspellen groei
De belangrijkste planteneigenschap om de plant-bodem wisselwerking te voorspellen blijkt de worteldikte, zo vonden de onderzoekers. Planten met dunne wortels bleken het meeste last te hebben van groei-remmende bodemorganismen. Dit effect ging echter samen met de lage kolonisatie van de wortels met groeibevorderende schimmels, die wel floreerden in plantensoorten met dikke wortels. Ongeacht of planten geremd of gestimuleerd werden door hun eigen bodemorganismen groeiden alle plantensoorten beter met de bodemorganismen van alle plantensoorten samen. “Dat wijst op een verdunningseffect van plantensoort-specifieke ziektes,” zegt onderzoeker Gerlinde De Deyn verbonden aan zowel Wageningen University als aan NIOO-KNAW. “Daarbij blijven de gunstige organismen behouden, en die zorgen voor de voortvarende groei, terwijl de onderdrukking van pathogenen voorkomt dat de groei wordt afgeremd”.
Worteldikte
De kennis dat vooral worteldikte van belang is voor de interactie met groeibevorderende en groei-remmende bodemorganismen is van nut voor onderzoekers en veredelaars. Die kennis kan helpen in de zoektocht naar gewassen die meer ziektebestendig zijn, alsook om te begrijpen hoe plantendiversiteit en plantensamenstelling de productiviteit van natuurlijke vegetatie beïnvloedt.
Publicatie
Roeland Cortois, Thomas Schröder-Georgi, Alexandra Weigelt, Wim H. van der Putten, Gerlinde B. De Deyn. Plant-soil feedbacks: role of plant functional group and plant traits. Journal of Ecology 24 augustus 2016.
Species
